MRI場強對成像及圖像質量的影響

磁共振設備中磁體是其核心部件及組成部分，它的主要作用是提供一個穩定的、均勻的空間磁場環境。

場強小于0.5T的MRI叫做低場MRI，一般是永磁型的。場強在0.5T和1.0T的MRI叫做中場MRI。場強大于1.0T但是小于2.0T的MRI屬于高場MRI，臨床中最常用的1.5T已經可以稱為高場MRI了。場強大于2.0T的是超高場MRI，包括臨床常用的3.0T以及目前最新的臨床使用的7.0T。場強越大，理論上得到的圖像信噪比越高。但是，隨著場強的升高，磁體的體積越大、重量越重，制造成本越來越高。另一方面，7.0T以上的靜磁場環境對于人體組織是否存在潛在安全隱患目前并未得到驗證。所以，磁場強度并不是越大越好，臨床使用最多的目前還是1.5T和3.0T。

我們要避免陷入高場就一定比低場好的誤區。下面從幾個方面來討論場強對于成像及圖像質量的影響。

場強大小我們一般用特斯拉T來表示。還有一個量級更小的單位，它是高斯（Gauss， G），1T=10000G。1高斯的磁場強度是非常微弱的，基本可以忽略不計。

5高斯線（Five Gauss Line）是一個區域空間概念，表示在這個區域以外的磁場強度都小于5高斯，一般認為5高斯線以外是安全區域，其磁場強度可以忽略不計。

不同場強的MRI，其5高斯線范圍并不相同。場強越高，則5高斯線范圍越大。3.0T磁共振的5高斯線范圍比1.5T大。一般要求將5高斯線控制在磁體間以內。操作磁共振的技術人員所在的操作間都是在5高斯線范圍以外。

目前臨床最常用的超導磁共振靜磁場主要是1.5T和3.0T，在這個磁場范圍內并沒有文獻報道對人體有負面影響。但是還是存在一些生物學效益，主要包括：1.溫度效益：由于人體的體溫調節中樞具有強大的調節體溫的能力，所以靜磁場對人體溫度的影響幾乎可以忽略不計；2.磁流體動力學效應：主要是指人體的血液、體液等流體在靜磁場環境中產生的一些效應，包括紅細胞沉降速度加快，心電圖改變，不過這種效應對人體的影響也并不大；3.中樞神經系統效應：人體的神經系統傳遞是一種電活動，磁場有可能影響這種電活動。目前并沒有文獻報道磁共振對人體神經活動有顯著的不良影響。

MRI掃描雖然沒有電離輻射，但是人體接收射頻脈沖是會產生熱量的。為了能夠更好地控制人體接收的射頻能量，量化射頻場的熱效應，引入了一些指標。特定吸收率（Specific Absorption Rate， SAR），是指每千克單位的組織所吸收的射頻能量，單位是瓦特每千克（W/kg），又簡稱SAR值。SAR值和被檢查者的體重有關。磁共振檢查前，都會輸入被檢查者的體重，就是為了計算好需要發射的射頻能量，并且可以監測SAR值。體重輸入不恰當則會導致射頻能量差異過大，比如一個90kg的病人，如果輸入的體重只有45kg，則射頻系統按照45kg重量發射能量，能量不足；同樣一個45kg的人，如果輸入的體重是80kg，則射頻發射的能量對于這個人來講就過大，熱量沉積就多，可能就超過SAR值限定。

SAR值和MRI場強的平方成正比，所以，同樣掃描序列，3.0T的SAR值是1.5T的4倍。場強越高的MRI設備，越容易超SAR。系統為了保證MRI不超SAR，一般是通過延遲TR來達到降低單位時間能量沉積的。所以，和大家認識恰恰相反，同樣參數的序列，場強越高，掃描時間并不是越快，而可能是越慢，這是由于TR延長所致。這一點在腹部掃描中可能會出現。

但是，場強升高，圖像信噪比增加，有時候需要2次激勵的，到了高場強后，只需要一次激勵，這樣把時間縮短了。

信噪比（Signal-to-Noise Ratio， SNR）是磁共振圖像中最重要的一個評價指標，它的定義是系統接收到的有效信號振幅和背景噪聲的比值，反映在圖像中就是圖像的信號強度與背景隨機噪聲強度之比。在磁共振信號采集的過程中，線圈得到的信號中既包括了真正的磁共振信號，也有系統的隨機背景噪音。SNR越高，則圖像的質量越好，表現在圖像上就是需要成像的組織越清晰；SNR越低，圖像質量越差。

場強和SNR的關系非常簡單，圖像的SNR正比于場強。

在MRI成像中，有很多效應是很場強成正比的，比如化學位移（chemical shift）效應、BOLD效應等。這些效應有時候可能產生偽影，干擾圖像診斷；但有時我們也利用這些效應來突出對比，達到臨床目的。

在1.5T中，射頻脈沖在人體中波長大約為52cm，大于人體橫徑，可以完全穿透人體，基本上不會產生駐波；而在3.0T場強下，射頻脈沖波長變為26cm，對于體部成像來說，可能無法穿透人體橫徑，則會產生駐波，影響B1場均勻性，產生偽影，這種偽影一般在3.0T的磁共振體部掃描中比較常見，這個偽影就是介電偽影，又叫電解質偽影（Dielectric Artifact）。它沒有固定的規律，經常對影像診斷產生較大的影響。 解決方案：①采用多源射頻系統②使用飽和介質水帶，也就是電解質墊（Dielectric Pads），減少介電偽影③ 對于大量腹水的腹部患者，可以使用1.5T或者更低場強的磁共振進行掃描。

組織的弛豫時間T1是和場強相關的，一般來講場強升高，組織的T1值會延長。T1延長的直接后果是導致組織的縱向弛豫延長，組織恢復時間變慢，可能產生的橫向磁化矢量會降低。T1延長大部分情況會影響圖像對比度，導致組織對比度下降。

綜上，場強升高，直接帶來的獲益是圖像信噪比增加，對于這些多余的信噪比一般我們可以這樣處理：①保留住多余信噪比，提高圖像的質量；②用這些多余的信噪比換空間分辨率，提高圖像空間分辨率；③不需要這些多余的信噪比，讓掃描速度更快（減少信號平均次數），時間更短，提高速度，增加流通量。

（作者單位：運城市中心醫院影像科 陳虹）